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[摘 要]为降低大型山地光伏项目投资成本，提高整个光伏电站系统发电效率及发电量，对正在实施的“光伏领跑者项目”电站系统进行优化设计研究，从光伏发电总图布局、系统选型、结构设计3个方面进行了设计优化分析。分析结果表明：合理的光伏区总图布局可以节约用地面积，提高土地利用率；最佳的光伏发电系统选型可以提高系统发电效率与发电量；最优的光伏结构设计使结构更加经济安全，提高光伏电站质量。本文针對“光伏领跑者项目”电站系统的相关设计进行优化分析研究，为今后大型山地光伏项目的设计提出了建议。
[关键词]总图布局；系统选型；结构设计；“光伏领跑者项目”；优化设计
中图分类号：S675 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0124-01
1.光伏发电“领跑者”项目系统概述
“光伏领跑者计划”是国家能源局拟从2015年开始，每年实行的光伏扶持专项计划，“领跑者”计划将通过建设先进技术光伏发电示范基地、新技术应用示范工程等方式实施。
集中式光伏电站系统方案采用分块发电、集中并网方案。每个方阵均由若干路光伏组件串并联而成。采用组串式或集中式逆变器方阵，系统包括组件、直流电缆、逆变器、交流线缆、汇流箱、升压变压器光伏电站系统组成，如图1所示。
2.光伏发电“领跑者”项目电站系统优化设计
2.1 电站总图的设计优化
2.1.1 丰富空间结构
根据场址区域地形特点，在建筑布局上摒弃传统的板式布局，采用灵活的布局形式。根据光伏电站特有的生产运行流线，合理划分生产区、管理区及升压站区域，方便电力送出，减少线缆长度，降低线损。
2.1.2 因地制宜进行总体布局
总图规划布局应从功能和可操作性及与周边环境相互协调一致出发，同时考虑经济适用性，因地制宜地进行总体布局。根据招标方提供的电站规划用地范围，调整子方阵布置形式，尽可能最大限度地利用已有土地。
2.2 光伏发电系统设计优化
2.2.1 光伏阵列最佳倾角优化分析与阵列间距分析
（1）光伏阵列最佳倾角分析：针对光伏电站，采用固定式安装，电池组件的安装倾角应选择全年发电量最大时的倾角；采用斜单轴自动跟踪式安装，支架转动轴的倾角应同时考虑全年发电量、占地面积增大带来的征地费用增加和倾角过高引起的风荷载增加对支架结构设计及投资增加的影响。在进行光伏阵列布置设计时，应根据投资目标进行多方案比较，综合考虑各项技术及经济指标，选择最优布置方式。
（2）阵列间距分析：光伏阵列东西方向间距的大小同样影响光伏方阵的占地面积以及电缆长度用量，因此比较重要。在平整的场地上，东西向光伏阵列的组件安装高度一致，不会相互遮挡。对山地布置或地形坡度较大的场地，应考虑阵列中支架单元东西方向高度变化所引起的阴影遮挡，并在设计中采取针对性措施。当场地坡度较大时，应考虑东西相邻两个阵列的落差，除保证冬至日9：00东边阵列不遮挡西边阵列或15：00西边阵列不遮挡东边阵列外，还应进一步考虑夏至日相邻阵列是否遮挡，这是由于夏至日太阳辐照度在9：00之前与15：00之后仍然很高，应对这一部分辐射量提高利用。
2.2.2 光伏组件串并联设计优化
（1）组串最高开路电压低于逆变器所能承受的最高电压，计算时要考虑光伏电池的温度度持性对最大开路电压的影响，太阳电池组件的串联数量选择应考虑逆变器的最佳输入电压、当地的太阳辐射条件、环境温度条件等多种因素。组串并联数量由单个组串的最大功率和逆变器的最大允许输入功率决定，并考虑对逆变器容量的最大化利用和系统发电效率的最大化。
（2）在计算组件串联数量时，必须根据组件的工作电压和逆变器直流输入电压范围，同时需要考虑组件的工作电压温度系数、开路电压温度系数，合理确定最佳串联数，从而获得最大发电量输出。
（3），为降低直流损耗，串联后的太阳电池组串输出电压宜在满足第一条且接线方便的前提下，尽可能取高值。
2.3 结构设计优化
2.3.1 支架设计优化
（1）针对“光伏领跑者项目”，选择一种新型支撑系统—倾角可调式斜单轴跟踪支撑系统，即南北方向倾角可按照月最佳倾角设置，东西方向以日为单位跟踪太阳角度。这种支撑系统既能显著提高太阳能利用率，又对复杂山地区域具有更强的适应性。在相同条件下该支撑系统相比固定支架发电量可提升约25%。仰角可调式斜单轴跟踪支撑系统见图2：
该支撑系统设备采用单个基础，能更好的适应“光伏领跑者项目”这样的复杂山地项目，不需要做大面积场平，就可以完成基础施工与支撑系统安装。
（2）组件采用压块和U型抱箍共同固定，避免因螺栓连接，连接孔与边框边缘距离过小，导致边框撕裂破坏。设计推荐采用压块和U型抱箍共同固定的方式，安全可靠、方便快捷。
结束语
合理的光伏电站总图布局、最佳的光伏发电系统选型与最优的光伏结构设计对降低光伏电站投资成本、提高系统发电效率及发电量均有较大的正面影响。
参考文献
[1] 杨数.太阳能光伏发电技术及其应用[J].科技创新与应用，2017，（06）：95.
[关键词]总图布局；系统选型；结构设计；“光伏领跑者项目”；优化设计
中图分类号：S675 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0124-01
1.光伏发电“领跑者”项目系统概述
“光伏领跑者计划”是国家能源局拟从2015年开始，每年实行的光伏扶持专项计划，“领跑者”计划将通过建设先进技术光伏发电示范基地、新技术应用示范工程等方式实施。
集中式光伏电站系统方案采用分块发电、集中并网方案。每个方阵均由若干路光伏组件串并联而成。采用组串式或集中式逆变器方阵，系统包括组件、直流电缆、逆变器、交流线缆、汇流箱、升压变压器光伏电站系统组成，如图1所示。
2.光伏发电“领跑者”项目电站系统优化设计
2.1 电站总图的设计优化
2.1.1 丰富空间结构
根据场址区域地形特点，在建筑布局上摒弃传统的板式布局，采用灵活的布局形式。根据光伏电站特有的生产运行流线，合理划分生产区、管理区及升压站区域，方便电力送出，减少线缆长度，降低线损。
2.1.2 因地制宜进行总体布局
总图规划布局应从功能和可操作性及与周边环境相互协调一致出发，同时考虑经济适用性，因地制宜地进行总体布局。根据招标方提供的电站规划用地范围，调整子方阵布置形式，尽可能最大限度地利用已有土地。
2.2 光伏发电系统设计优化
2.2.1 光伏阵列最佳倾角优化分析与阵列间距分析
（1）光伏阵列最佳倾角分析：针对光伏电站，采用固定式安装，电池组件的安装倾角应选择全年发电量最大时的倾角；采用斜单轴自动跟踪式安装，支架转动轴的倾角应同时考虑全年发电量、占地面积增大带来的征地费用增加和倾角过高引起的风荷载增加对支架结构设计及投资增加的影响。在进行光伏阵列布置设计时，应根据投资目标进行多方案比较，综合考虑各项技术及经济指标，选择最优布置方式。
（2）阵列间距分析：光伏阵列东西方向间距的大小同样影响光伏方阵的占地面积以及电缆长度用量，因此比较重要。在平整的场地上，东西向光伏阵列的组件安装高度一致，不会相互遮挡。对山地布置或地形坡度较大的场地，应考虑阵列中支架单元东西方向高度变化所引起的阴影遮挡，并在设计中采取针对性措施。当场地坡度较大时，应考虑东西相邻两个阵列的落差，除保证冬至日9：00东边阵列不遮挡西边阵列或15：00西边阵列不遮挡东边阵列外，还应进一步考虑夏至日相邻阵列是否遮挡，这是由于夏至日太阳辐照度在9：00之前与15：00之后仍然很高，应对这一部分辐射量提高利用。
2.2.2 光伏组件串并联设计优化
（1）组串最高开路电压低于逆变器所能承受的最高电压，计算时要考虑光伏电池的温度度持性对最大开路电压的影响，太阳电池组件的串联数量选择应考虑逆变器的最佳输入电压、当地的太阳辐射条件、环境温度条件等多种因素。组串并联数量由单个组串的最大功率和逆变器的最大允许输入功率决定，并考虑对逆变器容量的最大化利用和系统发电效率的最大化。
（2）在计算组件串联数量时，必须根据组件的工作电压和逆变器直流输入电压范围，同时需要考虑组件的工作电压温度系数、开路电压温度系数，合理确定最佳串联数，从而获得最大发电量输出。
（3），为降低直流损耗，串联后的太阳电池组串输出电压宜在满足第一条且接线方便的前提下，尽可能取高值。
2.3 结构设计优化
2.3.1 支架设计优化
（1）针对“光伏领跑者项目”，选择一种新型支撑系统—倾角可调式斜单轴跟踪支撑系统，即南北方向倾角可按照月最佳倾角设置，东西方向以日为单位跟踪太阳角度。这种支撑系统既能显著提高太阳能利用率，又对复杂山地区域具有更强的适应性。在相同条件下该支撑系统相比固定支架发电量可提升约25%。仰角可调式斜单轴跟踪支撑系统见图2：
该支撑系统设备采用单个基础，能更好的适应“光伏领跑者项目”这样的复杂山地项目，不需要做大面积场平，就可以完成基础施工与支撑系统安装。
（2）组件采用压块和U型抱箍共同固定，避免因螺栓连接，连接孔与边框边缘距离过小，导致边框撕裂破坏。设计推荐采用压块和U型抱箍共同固定的方式，安全可靠、方便快捷。
结束语
合理的光伏电站总图布局、最佳的光伏发电系统选型与最优的光伏结构设计对降低光伏电站投资成本、提高系统发电效率及发电量均有较大的正面影响。
参考文献
[1] 杨数.太阳能光伏发电技术及其应用[J].科技创新与应用，2017，（06）：95.